BAB I PENDAHULUAN FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 1

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Defns Rangkaan Lsrk Rangkaan Lsrk adalah sambungan dar beberapa elemen lsrk ( ressor, kapasor, ndukor, sumber arus, sumber egangan) yang membenuk mnmal sau lnasan eruup yang dapa dlalu arus lsrk. Yang dmaksud dengan sau lnasan eruup adalah sau lnasan saa ka mula dar k erenu akan kembal pada k u lag anpa erpuus dan dak erpengaruh oleh jauh aau deka lnasan yang d empuh. Ddalam rangkaan n bsa muncul besaran-besaran egangan, daya, arus lsrk, energy lsrk dan lan-lan. Kaannya dengan kehdupan ka sehar-har, serngkal ka membuuhkan besaran-besaran daya, egangan dan arus lsrk unuk supla kebuuhan ala-ala lsrk erenu. Supla kebuuhan ersebu unuk seap ala lsrk yang berbeda, besarnya kebuuhan juga berbeda erganung pada konds ala. Karena u, unuk mengeahu seberapa besar kebuuhan suau ala lsrk erhadap energy, daya aau egangan yang harus dsupla maka dbuuhkan suau analss rangkaan lsrk. Analss Rangkaan Lsrk adalah kajan maemas enang besaran-besaran lsrk ( arus, egangan, daya dan energy lsrk) yang erdapa pada rangkaan lsrk Muaan Dan Arus Lsrk Lsrk yang ada d alam dsebabkan adanya muaan lsrk. Pergerakan muaan lsrk menmbulkan arus lsrk. Muaan lsrk ada dua jens yau muaan posf (proon) dan muaan negave (elekron) yang dukur menggunakan sauan Coulomb. Coulomb adalah sauan dasar Ssem Inernasonal (SI) yang dgunakan unuk mengukur muaan lsrk. Smbol : Q = muaan lsrk konsan q = muaan lsrk erganung pada waku muaan 1 elekron = 1,6021 x coulomb 1 coulomb = 6,24 x elekron FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 1

2 A Gambar 1-1 menunjukkan muaanmuaan yang bergerak melewa kondukor, msalnya kawa. Jka ΔQ adalah muaan yang mengalr melalu penampang lnang A dalam waku Δ, maka arus lsrk I adalah Gambar 1-1: Muaan-muaan yang bergerak melewa kondukor, msalnya kawa q I 1-1 Sauan SI unuk arus adalah Ampere (A). 1A = 1 C/s. Secara konvensonal arah arus adalah sama dengan arah alran muaan posf. Keeapan n dlakukan karena pada waku u belum dkeahu bahwa ernyaa elecron-elecron bebas yang bermuaan negave nlah yang sebenarnya bergerak dan menmbulkan arus lsrk pada kondukor kawa. Bla Δ I 0 maka persaman 1-1 menjad q dq lm d Unuk Arus konsan, banyak muaan lsrk yang megalr melalu penampang kawa adalah konsan erhadap waku, Q I 1-3 Ada dua macam arus lsrk yau : Arus searah dan arus bolak-balk A. Arus searah (Drec Curren/DC) Arus DC adalah arus yang nlanya konsan erhadap sauan waku. Hal n dunjukkan oleh gambar 1-2. Gambar 1-2: Grafk Arus DC erhadap waku FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 2

3 B. Arus bolak-balk (Alernang Curren/AC) Arus AC adalah arus yang nlanya berubah erhadap sauan waku. (a) (b) (c) (d) Gambar 1-3: Beberapa jens arus AC: (a) Arus berbenuk gelombang perseg (b) Arus berbenuk gelombang snus (c) Arus berbenuk gelombang gergaj (d) Arus yang berbenuk gelombang snus eredam 1.3 Tegangan Lsrk Tegangan aau beda poensal ddefnskan sebaga usaha yang dbuuhkan unuk memndahkan sau muaan (1C) dar sau k ke k yang lan. Aau dengan kaa lan egangan adalah energ per sauan muaan. Sauan egangan adalah vol (V). Dmana 1 V adalah 1J/C. A v B Gambar 1-4: Konvens polaras egangan Gambar 14 menunjukkan bahwa egangan pada ermnal A lebh posf dar egangan pada ermnal B. Aau dengan kaa lan, poensal ermnal A lebh ngg sebesar v vol dbandng poensal pada ermnal B. Msalkan beda poensal anara FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 3

4 kedua k ersebu adalah v = 10 Vol, n berar V AB = 10 Vol dan V BA = 10 Vol. Ada dua slah egangan yang serngkal dpaka pada Rangkaan Lsrk, yau : A. Tegangan urun/ volage drop Tegangan n erjad jka muaan bergerak dar egangan ngg menuju ke egangan rendah, dalam hal n muaan bergerak dar ermnal A ke ermnal B. B. Tegangan nak/ volage rse Tegangan n erjad jka muaan bergerak dar egangan rendah menuju ke egangan ngg, dalam hal n muaan bergerak dar ermnal B ke ermnal A. Pada buku n yang dpaka adalah egangan urun, sehngga. jka beda poensal pada kedua ermnal ersebu sebesar 2 Vol, maka V AB = 2 Vol dan V BA = 2 Vol. 1.4 Energ dan Daya Lsrk Energ lsrk W ddefnsan sebaga perkalan anara egangan V, arus I dan waku. Jad, W V I D alam energ mempunya sfa kekal yau, dak dapa dcpakan dan dak dapa dhlangkan, energ hanya bsa berubah benuk. Unuk menyaakan apakah sebuah elemen lsrk mengrm aau menyerap energ, maka dperlukan pengeahuan enang polaras egangan dan arah arus. A. Elemen Lsrk Dkaakan Menyerap Energ Jka arus posf masuk pada ermnal posf dan mennggalkan ermnal negaf maka dkaakan elemen menyerap energ. Perhakan Gambar 1-5 V Gambar 1-5: Elemen lsrk menyerap energ FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 4

5 B. Elemen Lsrk Dkaakan Mengrm (Men-supplay) Energ Jka arus posf masuk pada ermnal negaf dan mennggalkan ermnal posf maka dkaakan elemen mensuplay energ. Perhakan Gambar 1-6 V Gambar 1-6: Elemen lsrk mensuplay energ Daya lsrk P ddefnskan sebaga besar energy persauan waku. P = W = V I 1-5 Conoh 1-1 Sebuah arus 5 A dkrmkan ke elemen selama 10 s. Tenukan energ yang dperlukan unuk menghaslkan egangan 8 V. Jawab : W = v.. = = 400 Joule. Conoh 1-2 Jka arus = 10 A, enukan egangan v jka elemen menyerap daya 50 W? FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 5

6 Jawab : Elemen menyerap daya jka arus posf masuk ke ermnal posf = 10 A P = 50 W P 50 v 5vol 10 Conoh 1-3 Jka arus = 10 A, enukan egangan v jka elemen mengrm daya 50 W? Jawab : Elemen mengrmkan daya jka arus posf masuk ke ermnal negaf FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 6

7 = 10 A P = 50 W P 50 v 5vol 10 Conoh 1-4 Tenukan daya pada rangkaan berku, apakah sumber egangan mengrmkan menyerap daya! aau Jawab : Karena arus masuk ke ermnal negaf (v = 15 vol), maka elemen sumber egangan mengrmkan daya. = 4 A v = 15 V p v wa 1.5 Noas Ilmah Nla besaran yang sanga besar aau sanga kecl akan menmbulkan kesulan dalam melakukan perhungan. Karena u noas lmah perlu dgunakan. Sebaga conoh, msalnya besaran panjang m, maka cara yang lebh mudah unuk menuls nla n alah 5 x 10 6 m. Pengal x 10 6 boleh dgankan dengan awalan yang sesua supaya nla n dapa duls dalam benuk noas lmah (yang lebh mudah). Suau blangan dapa dnyaakan dalam noas lmah dengan cara berku: a 10 n dengan 1 a <10 dan n = {... -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3... ) Conoh = 3,62 x ,0567 = 5,67 x = 4,5 x 10 3 FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 7

8 1.6 Awalan Dalam Sauan SI Awalan dgunakan unuk menyaakan blangan yang lebh besar aau lebh kecl dar sau sauan dasar, menggunakan noas desmal yang menyaakan pangka dar sepuluh. Awalan dalam ssem sauan SI dapa dlha pada abel 1-1. Tabel 1-1: Awalan Dalam SI Awalan Sngkaan Kelpaan Eksa E Pea P Tera T Gga G Mega M Klo k Heko h Deka da Des d Cen c ml m mkro µ nano n pko p femo f ao a Conoh 1-6 a) muaan lsrk besarnya 5x10 6 C = 5 µ C b) Arus lsrk besarnya 6 ma = 6x10 3 A FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 8

9 SAOL-SOAL LATIHAN 1. Arus 25 A dkrmkan ke elemen selama 10 s. Berapakah energ lsrk yang dperlukan unuk menghaslkan egangan 24 V. 2. Sebuah lampu dhubungkan dengan baere 1,5 V menghaslkan arus sebesar 0,2 A. Berapakah energ yang dlepas oleh baera selama 2 s. 3. Jka V = 6 Vol dan = 3 A. Hunglah : a. Daya yang dserap aau dkrmkan b. Energ yang dserap aau yang dkrmkan selama 8 s 4. Hunglah daya pada rangkaan berku, apakah sumber egangan mengrmkan aau menyerap daya? ( a ) ( b ) ( c ) 5. Perhakan Gambar berku. v Tenukan daya yang dserap aau dkrmkan, jka : (a) v = 8 Vol dan =5 A ( b ) V = 6 Vol dan = 8A. ( c ) V = 8 Vol dan I = 8A. FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 9

10 6. jka V = 6 Vol dan = 4 ma, enukan besar daya dan apakah daya dserap aau dkrm v 7. ( a) Tenukan v jka elemen menyerap daya P = 100 W dan arus = 4 A (b) Tenukan v jka elemen mengrmkan daya P = 100 W dan arus = 4 A 8. Tenukan daya pada rangkaan berku, apakah elemen menyerap daya aau mengrmkan daya? ( a ) ( b ) ( c ) FASILKOM-UDINUS T.SUTOJO RANGKAIAN LISTRIK HAL 10